淺談承臺(tái)大體積混凝土施工技術(shù)

喬國強(qiáng)

1 工程概況

1.1 工程概述

新建向(塘)莆(田)鐵路是福建省東西大動(dòng)脈,是山區(qū)鐵路,施工難度較大。清溪大橋是向莆鐵路難點(diǎn)之一,清溪大橋位于福建省尤溪縣中仙鄉(xiāng)劍溪村境內(nèi),緊接中仙車站,主要為跨越清溪河流和733縣道而設(shè)。中心里程為 DK418+645.91,橋全長271.62,本橋的橋臺(tái)設(shè)計(jì)為空心橋臺(tái),1號(hào)墩和7號(hào)墩設(shè)計(jì)采用圓端形實(shí)心墩、其余2號(hào)～6號(hào)墩身設(shè)計(jì)均采用圓端形空心墩,墩高20.18 m～44 m,承臺(tái)采用16m×11 m×2 m混凝土結(jié)構(gòu)。

1.2 大體積混凝土概述

大體積混凝土由于結(jié)構(gòu)尺寸大,水泥水化熱引起混凝土溫度升高,熱量不易及時(shí)散發(fā)而形成較大的內(nèi)外溫度差,較大的溫度差引起混凝土體積變化的差異,使混凝土各部位受到約束而不能自由伸縮,當(dāng)溫度變形產(chǎn)生的拉應(yīng)力大于混凝土的抗拉應(yīng)力時(shí),便產(chǎn)生了裂縫。為解決混凝土施工產(chǎn)生的水化熱、防止混凝土產(chǎn)生裂縫和混凝土澆筑等問題,本文著重介紹從混凝土原材料選擇、混凝土配合比設(shè)計(jì)、混凝土澆筑施工工藝和方法、養(yǎng)護(hù)等方法控制混凝土裂紋。

2 大體積混凝土溫度應(yīng)力裂紋控制要點(diǎn)

2.1 降低混凝土的發(fā)熱量

2.1.1 混凝土原材料的選擇

1)混凝土原材料選用水化熱低、凝結(jié)時(shí)間長的水泥,以降低混凝土的溫度;2)利用摻加粉煤灰取代一部分水泥以降低水化熱產(chǎn)生的高溫峰值,同時(shí)可改善混凝土的和易性;3)摻加高效減水劑,以減少水和水泥的用量,延長混凝土達(dá)到最高溫度的時(shí)間;4)盡量減少單位體積混凝土的用水量,嚴(yán)格控制水灰比,采用低流動(dòng)性混凝土。

2.1.2 混凝土配合比的設(shè)計(jì)

綜合上述條件及考慮本地區(qū)原材料供應(yīng)情況,混凝土的設(shè)計(jì)配合比為:每立方米混凝土,水泥∶砂∶碎石∶粉煤灰∶外加劑∶水=291 kg∶724 kg∶1153 kg∶97 kg∶3.88 kg∶124 kg。其中,水泥為金牛P.O42.5水泥,粉煤灰為合益Ⅱ級(jí)粉煤灰,外加劑為北京世紀(jì)新海馬高效減水劑,混凝土坍落度為100mm,105mm,115mm。

2.1.3 混凝土的拌制和運(yùn)輸

1)攪拌機(jī)計(jì)量控制:水泥:±1%,砂石:±2%,外加劑:±1%。2)嚴(yán)格控制混凝土攪拌時(shí)間,攪拌時(shí)間一般控制在2 min～3 min,最長不超過5 min。3)降低砂、碎石、水泥等原材料的溫度。露天堆積的碎石應(yīng)噴水進(jìn)行冷卻,儲(chǔ)砂料倉需搭設(shè)涼棚,水泥儲(chǔ)罐需定時(shí)噴水降溫。4)拌合用水應(yīng)在混凝土開盤前的1 h從機(jī)井中抽取地下水,蓄水池應(yīng)搭建涼棚,避免陽光直射。5)混凝土運(yùn)輸采用混凝土罐車運(yùn)輸,運(yùn)料途中罐車以2 r/min～4 r/min的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng),確保混凝土運(yùn)輸過程中不發(fā)生離析,坍落度不損失過多。

2.2 降低混凝土的澆筑溫度

1)混凝土運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場后及時(shí)進(jìn)行澆筑,避免混凝土坍落度損失過大。2)降低入模溫度,降低混凝土的入模溫度對(duì)于降低承臺(tái)大體積混凝土的內(nèi)部溫度、減小混凝土內(nèi)外溫差、控制混凝土溫度應(yīng)力裂縫至關(guān)重要,澆筑混凝土?xí)r要安排專人現(xiàn)場測量混凝土入模溫度,入模溫度不得大于30℃,如溫度過高,可用冷水對(duì)混凝土罐表面進(jìn)行降溫,從而使混凝土溫度降低。3)混凝土澆筑應(yīng)分層分塊、薄層澆筑,可以在澆筑過程中利用層面散熱,降低混凝土溫度,其分層厚度一般為20cm～30cm,混凝土澆筑時(shí)混凝土要采用串筒運(yùn)輸至結(jié)構(gòu)物底部,避免離析,混凝土澆筑時(shí)要嚴(yán)格控制混凝土澆筑速度,不得澆筑太快,避免混凝土內(nèi)部溫度上升太快。4)混凝土澆筑應(yīng)避免在環(huán)境溫度最高的中午澆筑,應(yīng)盡量選在環(huán)境氣溫較低的晚上澆筑混凝土,如必須在中午澆筑,要在結(jié)構(gòu)上采取遮陽措施。5)混凝土澆筑結(jié)構(gòu)物應(yīng)遮陰,以降低模板、鋼筋的溫度,也可在模板、鋼筋上噴水以降溫,但在澆筑時(shí)不能有附著水。6)大體積混凝土分段澆筑完畢后,應(yīng)在混凝土初凝之后終凝之前進(jìn)行二次振搗或進(jìn)行表面的抹壓,排除上表面的泌水,用木拍反復(fù)抹壓密實(shí),消除最先出現(xiàn)的表面裂縫。7)為降低混凝土內(nèi)部因水化熱引起內(nèi)部溫度升高,降低混凝土內(nèi)外溫差,采取冷卻循環(huán)水降溫措施。冷卻管布置具體方法如下:第一層距承臺(tái)底0.5 m埋設(shè)一層循環(huán)水管,循環(huán)水管間距90cm,第二層混凝土厚度1.2 m處埋設(shè)兩層循環(huán)水管,循環(huán)水管間距90cm,層距70cm,循環(huán)水管采用φ 32mm薄壁鋼管。混凝土終凝前即開始進(jìn)行通水降溫,循環(huán)水降溫時(shí)間不少于7 d,循環(huán)水每隔12 h調(diào)整一次通水方向,便于混凝土內(nèi)部水化熱均勻散發(fā),最后采用高壓注漿將循環(huán)水管注漿密實(shí)。φ 32mm薄壁鋼管采用焊接或接頭連接,鋼管距模板邊緣不得少于1.5 m。冷卻管出水口設(shè)在底層,入水口設(shè)在冷卻管頂層。管口緊靠模板邊緣,并用棉布將孔口塞緊防止水泥漿漏入管中,循環(huán)水采用高壓泵壓入。

2.3 加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)

大體積混凝土內(nèi)外溫度差要小于20℃,才能有效的控制混凝土表面的溫度裂紋,現(xiàn)場混凝土施工完畢后,待混凝土終凝,即對(duì)混凝土表面進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù),并進(jìn)行保溫層的鋪設(shè)。現(xiàn)場保溫層由兩層農(nóng)用塑料薄膜夾草簾制成,保溫層平鋪時(shí)表面用泥袋壓實(shí),互相搭接50cm以上,豎掛時(shí)表面用鋼筋條壓實(shí)。養(yǎng)護(hù)不少于14 d。

通過冷卻水管進(jìn)行熱交換,降低混凝土內(nèi)部不同層次、不同深度的溫度,以達(dá)到減小內(nèi)外溫差。冷卻管在混凝土澆筑完畢后,及時(shí)通水,通水時(shí)間不少于14 d。

2.4 溫度的監(jiān)測和預(yù)報(bào)

2.4.1 測點(diǎn)的布置

沿澆筑高度,布置在底部、中部和表面,每個(gè)承臺(tái)布置測溫孔4個(gè),平面內(nèi)布置見圖1。每個(gè)測溫孔均測4個(gè)深度的溫度,分別為:1.5 m,1.0m,0.5 m,混凝土表面。

2.4.2 溫度測量

強(qiáng)化混凝土測溫工作,在混凝土溫度上升階段每2 h～4 h測一次,溫度下降階段每8 h測一次,同時(shí)測大氣溫度。所有測溫孔均編號(hào),進(jìn)行混凝土內(nèi)部不同深度和表面溫度的測量,測溫記錄要交技術(shù)負(fù)責(zé)人閱簽,并作為對(duì)混凝土施工和質(zhì)量的控制依據(jù)。在測溫過程中,若發(fā)現(xiàn)溫差超過20℃時(shí),及時(shí)加強(qiáng)保溫或延緩拆除保溫材料,以防止混凝土產(chǎn)生溫差應(yīng)力和裂縫。

2.4.3 測孔處理

養(yǎng)護(hù)達(dá)到14 d后,對(duì)各測孔進(jìn)行注水泥漿。

3 結(jié)語

由于在承臺(tái)大體積混凝土灌注前,根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)考慮工程具體情況,經(jīng)過反復(fù)討論施工方案,制定防止溫度應(yīng)力產(chǎn)生裂紋的各項(xiàng)技術(shù)措施,施工中還對(duì)溫度進(jìn)行了監(jiān)測。施工中采取的各項(xiàng)防裂措施都發(fā)揮了應(yīng)有的作用,不但確保了承臺(tái)灌注質(zhì)量,同時(shí)也積累了大體積混凝土施工經(jīng)驗(yàn)。